JP2006121536A - Antenna device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、GHzの周波数を用いる通信に適するアンテナ装置に関し、特に車両のガラスアンテナに適用可能なアンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device suitable for communication using a frequency of GHz, and more particularly to an antenna device applicable to a glass antenna of a vehicle.
近年、車載通信装置と外部通信装置との間で電磁波を用いた通信を行って車両の走行をより円滑にするために、GPS(衛星測位システム:Global Positioning System)、VICS(道路交通情報システム:Vehicle Information and Communication System)及びETC(自動料金収受システム:Electric Toll Collection System)等が用いられている。また、衛星放送チャネルを受信する受信装置も実用化されている。 In recent years, in order to make a vehicle run more smoothly by performing communication using electromagnetic waves between an in-vehicle communication device and an external communication device, GPS (Satellite Positioning System: Global Positioning System), VICS (Road Traffic Information System: Vehicle Information and Communication System) and ETC (Electric Toll Collection System) are used. A receiving apparatus for receiving a satellite broadcast channel has also been put into practical use.
これらのシステムにおいて用いられる車載通信装置のアンテナとしては、例えば、マイクロストリップアンテナ(以下、MSAという)を備えるアンテナ装置を車両の前部窓ガラス板に貼着する構成等が使用されている。 As an antenna of an in-vehicle communication device used in these systems, for example, a configuration in which an antenna device including a microstrip antenna (hereinafter referred to as MSA) is attached to a front window glass plate of a vehicle is used.
例えば、下記特許文献1にも、マイクロストリップアンテナの改良技術が開示されている。
しかし、上記従来の技術においては、アンテナ装置のゲイン(アンテナ利得)を極力損なわずに小型化する技術が開示されておらず、小型化の要求に対応することが困難であった。また、アンテナ装置を窓ガラスの車内側に設置して車載通信装置のアンテナとして使用する場合、車内側は人間が搭乗することにより湿度が高くなりやすいので、アンテナ装置内部への水分侵入を防止する必要があるが、上記従来技術においては、水分侵入防止対策が不十分であった。 However, in the above conventional technique, a technique for reducing the size of the antenna device without losing the gain (antenna gain) as much as possible has not been disclosed, and it has been difficult to meet the demand for size reduction. In addition, when the antenna device is installed inside a window glass and used as an antenna for an in-vehicle communication device, the inside of the vehicle is likely to become highly humid when a person rides on it, thus preventing moisture from entering the antenna device. Although it is necessary, in the above-described prior art, measures for preventing moisture penetration were insufficient.
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、アンテナ利得を極力損なわずに小型化することができるとともにアンテナ装置内部への水分侵入を防止できるアンテナ装置及びその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide an antenna device that can be miniaturized without losing the antenna gain as much as possible and can prevent moisture from entering the antenna device, and a method for manufacturing the antenna device. Is to provide.
上記目的を達成するために、本発明は、アンテナ装置であって、第1の誘電体基板と、前記第1の誘電体基板の一方の面に設けられたパッチ導体と、前記第1の誘電体基板の一方の面と、スペーサを介して所定間隔離隔されて対向配置された第2の誘電体基板と、前記第2の誘電体基板の前記パッチ導体に対向した対向基板面に設けられた接地導体と、を備え、前記第1の誘電体基板と前記第2の誘電体基板との間に、少なくとも一時的流動性を有する誘電性物質Aと前記誘電性物質Aとは異なる比誘電率を有する誘電性物質Bとを混合した混合誘電性物質が介在し、前記混合誘電性物質の比誘電率が前記接地導体の面積に応じて決定されることを特徴とする。ここで、上記第1の誘電体基板と第2の誘電体基板との間には、前記混合誘電性物質が隙間なく介在しているのが好適である。 In order to achieve the above object, the present invention provides an antenna device, comprising a first dielectric substrate, a patch conductor provided on one surface of the first dielectric substrate, and the first dielectric substrate. Provided on one surface of the body substrate, a second dielectric substrate facing and spaced apart by a predetermined distance via a spacer, and a surface of the second dielectric substrate facing the patch conductor. A dielectric material A having at least temporary fluidity between the first dielectric substrate and the second dielectric substrate, and a relative dielectric constant different from that of the dielectric material A. A mixed dielectric material mixed with a dielectric material B having an intervening property is interposed, and a relative dielectric constant of the mixed dielectric material is determined according to an area of the ground conductor. Here, it is preferable that the mixed dielectric material is interposed between the first dielectric substrate and the second dielectric substrate without any gap.
また、上記誘電性物質Aはシリコーンゴムであり、上記誘電性物質Bは前記誘電性物質Aの比誘電率より大きい比誘電率を有するのが好適である。また、上記誘電性物質Bは粒子状であることが好ましく、特に酸化チタンの粒子またはアルミナの粒子であるのが好適である。また、上記誘電性物質Bとしては、空気の気泡であってもよい。 The dielectric material A is preferably silicone rubber, and the dielectric material B preferably has a relative dielectric constant greater than that of the dielectric material A. The dielectric material B is preferably in the form of particles, particularly preferably titanium oxide particles or alumina particles. Further, the dielectric substance B may be air bubbles.
また、上記アンテナ装置は、前記第2の誘電体基板の対向基板面から前記第1の誘電体基板の側に向かって伸長されている電磁結合用導体が備えられており、前記電磁結合用導体と前記接地導体とは直流的に絶縁されており、前記電磁結合用導体とパッチ導体とが電磁結合されているのが好適である。 The antenna device further includes an electromagnetic coupling conductor extending from a counter substrate surface of the second dielectric substrate toward the first dielectric substrate, and the electromagnetic coupling conductor. It is preferable that the ground conductor and the ground conductor are galvanically insulated and the electromagnetic coupling conductor and the patch conductor are electromagnetically coupled.
また、上記アンテナ装置は、前記第2の誘電体基板の対向基板面から前記第1の誘電体基板の側に向かって突出し、第1の誘電体基板に設けられたパッチ導体に信号線路として電気的に接続された柱状導体が備えられており、前記柱状導体と前記接地導体とは直流的に絶縁されているのが好適である。 The antenna device protrudes from the counter substrate surface of the second dielectric substrate toward the first dielectric substrate, and is electrically connected to a patch conductor provided on the first dielectric substrate as a signal line. It is preferable that the columnar conductors are connected to each other, and the columnar conductors and the ground conductors are galvanically insulated.
また、上記第1の誘電体基板はガラス製であることが好適であり、特に曲面を有する自動車用窓ガラスであることが好適である。 In addition, the first dielectric substrate is preferably made of glass, and particularly preferably an automotive window glass having a curved surface.
また、本発明は、以下(1)〜(5)の工程を備える、アンテナ装置の製造方法であることを特徴とする。
(1)車両の開口部に嵌め込まれ、かつ、前記パッチ導体が設けられた、前記第1の誘電体基板である窓ガラス板を準備するか、
又は、車両の開口部に嵌め込まれる前であり、かつ、前記パッチ導体が設けられた、前記第1の誘電体基板である窓ガラス板を準備する。
(2)窓ガラス板に接着部を形成するか、又は、前記スペーサの窓ガラス板側の面に接着部を形成する。
(3)接着部を介して窓ガラス板の所定の箇所にスペーサを貼着する。
(4)第2の誘電体基板を前記スペーサに固定した後、前記窓ガラス板と第2の誘電体基板と前記スペーサとで囲まれた空隙に前記混合誘電性物質を注入する。
(5)上記工程(1)において、車両の開口部に嵌め込まれる前の窓ガラス板を用いる場合には、窓ガラス板を車両の開口部に嵌め込む。
Moreover, this invention is a manufacturing method of an antenna apparatus provided with the process of (1)-(5) below, It is characterized by the above-mentioned.
(1) Prepare a window glass plate that is the first dielectric substrate that is fitted in the opening of the vehicle and provided with the patch conductor;
Alternatively, a window glass plate, which is the first dielectric substrate, is prepared before being fitted into the opening of the vehicle and provided with the patch conductor.
(2) An adhesion part is formed in a window glass plate, or an adhesion part is formed in the window glass plate side surface of the said spacer.
(3) A spacer is attached to a predetermined portion of the window glass plate through the bonding portion.
(4) After the second dielectric substrate is fixed to the spacer, the mixed dielectric material is injected into a gap surrounded by the window glass plate, the second dielectric substrate, and the spacer.
(5) In the above step (1), when the window glass plate before being fitted into the opening of the vehicle is used, the window glass plate is fitted into the opening of the vehicle.
また、上記アンテナ装置の製造方法は、前記工程(4)の代わりに、前記第2の誘電体基板上に成形用の枠を設け、該枠内に前記混合誘電性物質を流入させて流動性を低下させた後、該枠を外し、前記第2の誘電体基板を前記スペーサに固定する工程を備えてもよい。 Further, in the manufacturing method of the antenna device, instead of the step (4), a molding frame is provided on the second dielectric substrate, and the mixed dielectric substance is caused to flow into the frame to be fluid. After lowering, the step of removing the frame and fixing the second dielectric substrate to the spacer may be provided.
ここで、前記(4)の工程又は前記工程(4)の代りに備えられる工程において、前記第2の誘電体基板に、前記電磁結合用導体又は前記柱状導体が取り付けられているのが好適である。 Here, in the step (4) or the step provided in place of the step (4), it is preferable that the electromagnetic coupling conductor or the columnar conductor is attached to the second dielectric substrate. is there.
本発明によれば、混合誘電性物質の比誘電率を接地導体の面積に応じて決定することにより、アンテナ利得を極力損なわないようにアンテナ装置を構成できる。また、第1の誘電体基板と第2の誘電体基板との間に混合誘電性物質が隙間なく介在させることができるので、水分侵入を防止できる。 According to the present invention, the antenna device can be configured so as not to impair the antenna gain as much as possible by determining the relative dielectric constant of the mixed dielectric material according to the area of the ground conductor. Further, since the mixed dielectric substance can be interposed between the first dielectric substrate and the second dielectric substrate without any gap, moisture intrusion can be prevented.
以下、本発明を実施するための最良の形態(以下、実施形態という)を、図面に従って説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described with reference to the drawings.
図1は本発明のアンテナ装置の一実施形態を示す断面図である。また、図2はアンテナ装置の主要構成部の概略概念図であり、図1に示す断面図は、図2に示すA−A’線の矢視断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the antenna device of the present invention. FIG. 2 is a schematic conceptual diagram of main components of the antenna device, and the cross-sectional view shown in FIG. 1 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ shown in FIG. 2.
図1及び図2において、第1の誘電体基板10の一方の面にはパッチ導体12が設けられている。また、第1の誘電体基板10の一方の面に対して第2の誘電体基板14が対向配置されており、第1の誘電体基板10と第2の誘電体基板14とは、スペーサである下部ケース16を介して所定間隔で離隔されている。また、第2の誘電体基板14のパッチ導体12に対向した面(以下、対向基板面という)には、接地導体18が設けられている。
1 and 2, a
さらに、本実施形態では、上記対向基板面から第1の誘電体基板10の側に向かって伸長されている電磁結合用導体20が備えられており、電磁結合用導体20とパッチ導体12とが電磁結合されている。電磁結合用導体20は接地導体18と直流的に絶縁されている。
Further, in the present embodiment, the
スペーサである下部ケース16は、接着部22により第1の誘電体基板10に貼着されて固定されており、この下部ケース16に上蓋ケース24が係止されて第1の誘電体基板10に取り付けられる。これにより、上蓋ケース24が第1の誘電体基板10の所定の位置に固定され、電磁結合用導体20が所定の位置に配され、かつ、スペーサである下部ケース16により、第2の誘電体基板14と第1の誘電体基板10とが所定間隔で離隔されているMSAアンテナを有するアンテナ装置が組み立てられる。このようにスペーサを用いるのは、アンテナ利得を向上させるために第1の誘電体基板10と第2の誘電体基板14との間隔を数mm以上とりたい場合に、簡単な構造で容易に生産できるからである。また、第1の誘電体基板10として、車両用の窓ガラス板を用いる場合には、この窓ガラス板が、通常、曲率を有するため、この曲率をスペーサにより吸収して窓ガラス板に第2の誘電体基板14を確実に設けることができるためである。また、スペーサから第2の誘電体基板14を容易に外すことができるような構造にしておけば、修理の際便利である。
The
上述した第1の誘電体基板10の一方の面に設けられたパッチ導体12の形状は、図2に示す例では、正方形又は略正方形の1つの角と対角とに切欠部12bを設けてなる六角形であり、円偏波に有効な形状となっている。しかし、これに限定されず、パッチ導体12の形状は、正方形状及び長方形状等の四角形、多角形、円形、又は楕円形等であってもよい。なお、円偏波特性を向上させるためには、上述したように、パッチ導体12に切欠部12bを設けることが好ましい。図2に示す例では、切欠部12bの形状は直角2等辺三角形又は略直角2等辺三角形であるが、切欠部12bの形状はこれに限定されない。特に、円偏波に有効なパッチ形状とするために、パッチの外周部の一部に突起部を設けたり、パッチの内部にスリットを設けたりするなど、MSAにおける公知の円偏波用パッチ形状を用いることもできる。
In the example shown in FIG. 2, the shape of the
電磁結合用導体20は、第2の誘電体基板14に設けられている貫通孔(不図示)を貫通しており、電磁結合用導体20の一方の端部20aは、第2の誘電体基板14の、対向基板面とは反対側の面(以下、非対向基板面という)に設けられ、信号線路として機能する伝送導体26にハンダ付け等により接続されている。貫通孔を貫通した電磁結合用導体20は対向基板面から突出するように伸長されている。
The
図1に示す例では、電磁結合用導体20が第2の誘電体基板14から、第1の誘電体基板10側に向かって一旦伸長されており、第1の誘電体基板10の表面に到達する前に曲がって又は曲折してパッチ導体12に平行に伸長されている。この伸長された部分は、パッチ導体12の面に垂直な方向において、パッチ導体12とは所定間隔hをもって離隔されている。なお、電磁結合用導体20は、これに限定されず、電磁結合用導体20の、パッチ導体12との近傍部分がパッチ導体12と平行でなくともよい。また、電磁結合用導体20は円柱状導体を所定の形状に構成させたものよりなるが、これに限定されず、導電性板状体を所定の形状に構成させたものであってもよい。このような電磁結合用導体20の材質としては、銅、錫、アルミニウム、鉄、銀、金、白金、これらの合金、又はこれらの金属の表面にメッキを施したものを使用することができる。
In the example illustrated in FIG. 1, the
前述した伝送導体26は、アンテナ装置の外部にあるRF(Radio Frequency)回路等の外部回路と接続された同軸ケーブル28の芯線と接続され、接地導体18は、同軸ケーブル28の外部導体と接続されている。同軸ケーブル28の外部導体は接地することが好ましい。
The
また、図1に示す例では、前述したとおり、電磁結合用導体20は、パッチ導体12と電磁結合により接続し、外部回路からの信号を同軸ケーブル28及び伝送導体26等を介して、パッチ導体12へ給電し、パッチ導体12からの信号を伝送導体26及び同軸ケーブル28等を介して外部回路へ伝送する。第2の誘電体基板14は、下部ケース16に係止された上蓋ケース24の所定の位置に収納されて支持固定され、さらに、上蓋ケース24はパッチ導体12の周りを取り巻くように構成されている。
In the example shown in FIG. 1, as described above, the
なお、本発明においては、パッチ導体12と接地導体18との間隔は、アンテナ装置の送受信の性能を確保する点から、アンテナ装置で用いる電磁波の波長に応じて適宜設定される。
In the present invention, the distance between the
図1において特徴的な点は、第1の誘電体基板10と第2の誘電体基板14との間に、混合誘電性物質30が隙間なく介在している点である。この混合誘電性物質30は、流動性を有する誘電性物質Aと誘電性物質Aとは異なる比誘電率を有する誘電性物質Bとを混合したものである。誘電性物質Aとしては、例えばシリコーンゴム等が使用できる。また、誘電性物質Bとしては、例えば酸化チタンまたはアルミナの粒子、空気の気泡等を使用することができる。ここで、誘電性物質Bの粒径(直径)は、0.1〜50μmが好ましい。この粒径が0.1μm以上の場合には、生産性に優れ好ましく、50μm以下の場合には、アンテナ特性が安定して好ましい。そのほか、誘電物質Aとしては、変成シリコーンゴム、ウレタンゴム、ブチルゴム、スチレン系熱可塑性エラストマー、ポリスルフィドゴムなども用いることが可能であり、熱可塑性樹脂を用いる場合には押出成形や射出成形により混合誘電性物質30を形成することも可能である。
A characteristic point in FIG. 1 is that a mixed
また、誘電物質Bとしてはチタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムなど高誘電体を用いることも可能であるが、比誘電率が高く、誘電損失が小さく、安価であることが好ましい。また、特に自動車用途では、使用される環境温度変化により大きく比誘電率が変化しないものが、アンテナ特性が変化しないという点で望ましい。 In addition, a high dielectric material such as barium titanate or strontium titanate can be used as the dielectric material B, but it is preferable that the dielectric material B has a high relative dielectric constant, a low dielectric loss, and a low cost. In particular, in automobile applications, it is desirable that the relative dielectric constant does not change greatly due to a change in the ambient temperature used in that the antenna characteristics do not change.
混合誘電性物質30の比誘電率は、誘電性物質Aと誘電性物質Bとの混合割合を調整することにより、任意の値に制御できる。後述するように、アンテナ装置を小型化して行き、接地導体18の面積が小さくなったときに、混合誘電性物質30の比誘電率を最適化することにより、アンテナ利得の低下を緩和することができる。すなわち、混合誘電性物質の比誘電率は、接地導体18の面積に応じて、アンテナ利得を最大にするように決定される。
The relative dielectric constant of the mixed
また、混合誘電性物質30は、流動性を有する誘電性物質Aを誘電性物質Bと混合して構成されるので、少なくとも一時的に流動性を有する必要がある。ここで、「少なくとも一時的に流動性を有する」とは、誘電性物質Bを混合するための条件である。誘電性物質Aに流動性を生じさせた状態で誘電性物質Bを混合することができ、かつ、容易に混合誘電性物質30を第1の誘電体基板10と第2の誘電体基板14との間に隙間なく介在させることができる。このような誘電性物質Aの性質としては、常時流動性を有するもののほか、光や熱などのエネルギー照射によって流動性を有する状態から硬化するもの、湿気により硬化するもの、あるいは熱可塑性有するものなどがある。混合誘電性物質30は、本発明のアンテナに使用した場合の最終的な性状としては、ゴム状またはゲル状のものであることが好ましい。第1の誘電体基板10と第2の誘電体基板14との間に隙間なく介在して、水分侵入を防止できる効果が高いためである。従って、混合誘電性物質30を第1の誘電体基板10と第2の誘電体基板14との間に隙間なく介在させることができ、アンテナ装置内部への水分侵入を防止することができる。特に、第1の誘電体基板10を車両用の窓ガラス板とすると、通常車両用の窓ガラス板は曲率を有するので、流動性の混合誘電性物質30を用いることにより空隙に隙間なく均一に充填し介在させることが可能となる。このような構成により、本発明のアンテナ装置に増幅器などの電子部品が含まれる場合にはそれらを水滴や湿気などの水分から保護する効果が得られ、実用上好ましい。
Further, since the mixed
図3は、図1に示す例とは別の本発明のアンテナ装置の一実施形態を示す断面図であり、図4は図3に示す例の主要構成部の概略概念図である。図3に示す断面図は、図4に示すA−A’線の矢視断面図である。ただし、図4において、上蓋ケース24は図示されていない。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an embodiment of the antenna device of the present invention different from the example shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a schematic conceptual diagram of the main components of the example shown in FIG. The cross-sectional view shown in FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ shown in FIG. 4. However, the
図3及び図4において、第1の誘電体基板10の一方の面には放射導体であるパッチ導体12が設けられている。また、第1の誘電体基板10の一方の面に対して第2の誘電体基板14が対向配置されており、第1の誘電体基板10と第2の誘電体基板14とは、スペーサである下部ケース16を介して所定間隔で離隔されている。また、第2の誘電体基板14のパッチ導体12に対向した面(以下、対向基板面という)には、接地導体18が設けられている。
3 and 4, a
パッチ導体12が形成された領域の一部には、パッチ導体12から離隔してパッチ導体12によって周りが囲まれた島状導体32が形成されており、パッチ導体12と島状導体32とにより電磁波を放射する平面状のアンテナ素子34が形成されている。
In a part of the region where the
島状導体32は、後述するように柱状導体36がアンテナ素子34と接続するときのアンテナ素子34の接続部分となっている。なお、アンテナ素子34における島状導体32は矩形状に限られず、円形状のものであってもよく、特に形状は制限されない。
The island-shaped
図3に示す例では、対向基板面から柱状導体36が突出するように設けられている。柱状導体36の一方の端部は、第2の誘電体基板14を穿孔して貫通する貫通孔を通り、第2の誘電体基板14の、対向基板面とは反対側の面である非対向基板面に設けられた信号線路としての伝送導体26にハンダ付け等により接続され、第2の誘電体基板14に固定されている。一方、柱状導体36の他方の端部は、第1の誘電体基板10に設けられた島状導体32の略中心で当接されている。なお、接地導体18は、第2の誘電体基板14に穿孔された貫通孔及びこの貫通孔の周りの近傍領域を除いた、第2の誘電体基板14における対向基板面の全面に設けられることが好ましい。柱状導体36は接地導体18と直流的に絶縁されて対向基板面から突出している。
In the example shown in FIG. 3, the
このように柱状導体36は、アンテナ素子34と伝送導体26との間を接続し、送信の際には外部回路からの伝送信号をパッチ導体12へ給電し、受信の際にはパッチ導体12からの伝送信号を伝送導体26及び同軸ケーブル28等を介して外部回路へ伝送する信号線路を成す。なお、島状導体32は、第1の誘電体基板10の面に導体が設けられていないことよりなる一定のギャップによりパッチ導体12から離隔し、周囲がパッチ導体12で囲まれた構成であり、柱状導体36又はパッチ導体12の有する誘導性(インダクタンス)を補正する容量性補正素子として機能する。島状導体32は、通常高周波の信号線路で用いられる特性インピーダンスである例えば50Ωに整合するように調整されている。具体的には、柱状導体36の誘導性さらにはパッチ導体12の誘導性を考慮して、島状導体32の形状及び寸法、及び、島状導体32とパッチ導体12との間のギャップの幅が調整される。このように柱状導体36は、アンテナ素子34と高周波回路的に接続されている。
As described above, the
なお、第1の誘電体基板10として、車両用の窓ガラス板を用いる場合には、車両用の窓ガラス板が通常曲率を有するため、個々の窓ガラス板の曲率の違いにより、柱状導体36が島状導体32に接触しにくく接続しなくなる問題がある。したがって、このような場合には、柱状導体36としてスプリングプローブを用いることが好ましい。柱状導体36としてスプリングプローブを用いる場合には、図3に示すアンテナ装置全体の設計を変更することなく、柱状導体36を島状導体32に確実に接触し接続させることができる。また、柱状導体36としてスプリングプローブを用いる場合には、量産の際、窓ガラス板のゆがみのバラツキ及び第2の誘電体基板14のゆがみのバラツキ等を吸収して円滑に生産することができる。この場合、スプリングプローブのストロークは0.2〜1.5mm、特には0.2〜0.8mmであることが好ましい。さらに、スプリングプローブの押圧力は島状導体32を破損することなく、自動車等の車両の振動によって接触部分が振動しないようにするために、さらに、スプリングの反発力で組み立てにくくならないようにすることも考慮して0.2〜50Nが好ましい。スプリングプローブは信号伝送の際、電気的損失を低減するためにその電気抵抗は低いことが好ましい。
When a vehicle window glass plate is used as the first
図3において特徴的な点は、図1に示された実施形態と同様に、第1の誘電体基板10と第2の誘電体基板14との間に、混合誘電性物質30が隙間なく介在している点である。
A characteristic point in FIG. 3 is that the
図5(a)、(b)は、図1に示された形式のアンテナ装置の形状定数a〜d、g、hの説明図である。この形状定数のうち、a〜dはパッチ導体12の形状を規定するパラメータである。また、形状定数gは、パッチ導体12の表面と電磁結合用導体20との距離であり、形状定数hは、混合誘電性物質30の厚さである。
FIGS. 5A and 5B are explanatory views of the shape constants a to d, g, and h of the antenna device of the type shown in FIG. Among the shape constants, a to d are parameters that define the shape of the
表1には、上記形状定数を使用して、接地導体18の大きさ(面積)及び混合誘電性物質30の比誘電率毎に、2.338GHzの周波数の左旋円偏波についてのアンテナ利得を算出したシミュレーション結果が示される。なお、表1に示された各形状定数は、各接地導体18の大きさ及び混合誘電性物質30の比誘電率に対して左旋円偏波のアンテナ利得を最大化する値となっている。
Table 1 shows the antenna gain for a left-handed circularly polarized wave having a frequency of 2.338 GHz for each size (area) of the
また、図6には、上記表1の結果に基づき混合誘電性物質30の比誘電率と左旋円偏波のアンテナ利得との関係が、接地導体18の大きさ毎に示される。
6 shows the relationship between the relative permittivity of the mixed
上記表1及び図6からわかるように、接地導体18の大きさが80×80mmの場合には、混合誘電性物質30の比誘電率が1.0のときにアンテナ利得が最大値7.1dBicとなる。以下同様に、接地導体18の大きさが60×60mmの場合には、混合誘電性物質30の比誘電率が2.7のときにアンテナ利得が最大値5.0dBicとなり、接地導体18の大きさが40×40mmの場合には、混合誘電性物質30の比誘電率が4.0のときにアンテナ利得が最大値3.0dBicとなり、接地導体18の大きさが30×30mmの場合には、混合誘電性物質30の比誘電率が7.0のときにアンテナ利得が最大値1.2dBicとなっている。ただし、アンテナ利得の最大値は、接地導体18の大きさが80×80mmから30×30mmに順次小さくなるに従って、7.1dBic→5.0dBic→3.0dBic→1.2dBicと小さくなって行く。
As can be seen from Table 1 and FIG. 6, when the size of the
以上の結果から、アンテナ装置の小型化のために接地導体18の大きさを小さくして行くと、アンテナ利得も小さくなるが、混合誘電性物質30の比誘電率を接地導体18の大きさ(面積)に応じて適宜決定すると、その接地導体18の大きさにおける最大のアンテナ利得とすることができる。これにより、アンテナ装置の小型化によるアンテナ利得の低下を緩和することができる。
From the above results, when the size of the
前述したように、混合誘電性物質30を構成する誘電性物質Aにはシリコーンゴム等を使用するが、シリコーンゴムの比誘電率は通常2.3〜4.3である。このため、混合誘電性物質30の比誘電率を上記所望の値に調整するには、誘電性物質Aとは異なる比誘電率を有する誘電性物質Bを誘電性物質Aと混合することにより行う。例えば、混合誘電性物質30の比誘電率を誘電性物質Aとしてのシリコーンゴムの比誘電率より小さくするには、シリコーンゴムに空気の気泡を混合する。ただし、空気の比誘電率が1.0であるので、混合誘電性物質30の比誘電率は1.0まで下げられない。従って、接地導体18の大きさが80×80mmの場合には、混合誘電性物質30を使用するとアンテナ利得は最大値が得られない。この場合には、第1の誘電体基板10と第2の誘電体基板14との間を空気とした場合には得られないアンテナ装置への水分侵入防止の効果とアンテナ利得を向上させる効果とを考慮して、混合誘電性物質30の比誘電率が空気の気泡により極力低くなるように構成する。
As described above, silicone rubber or the like is used for the dielectric material A constituting the mixed
また、混合誘電性物質30の比誘電率を誘電性物質Aとしてのシリコーンゴムの比誘電率より大きくするには、シリコーンゴムにルチル型の酸化チタンまたはアルミナの粒子等、誘電性物質Aの比誘電率より大きい比誘電率を有する誘電性物質Bを混合する。ルチル型の酸化チタンの比誘電率は80〜100であり、アルミナの比誘電率は8〜10程度であるので、シリコーンゴムと適量を混合することにより、混合誘電性物質30の比誘電率を所望の値に調整できる。
In order to make the relative dielectric constant of the mixed
なお、図5、図6、表1に示された例は、図1の形式のアンテナ装置についてのシミュレーションであるが、図3に示された形式のアンテナ装置についても同様の結果となる。 The examples shown in FIGS. 5 and 6 and Table 1 are simulations for the antenna device of the type shown in FIG. 1, but similar results are obtained for the antenna device of the type shown in FIG.
次に、本発明にかかるアンテナ装置の製造方法の一例について説明する。図7(a)〜(d)には、アンテナ装置の製造工程を説明するための断面図が示される。図7(a)において、まず、第1の誘電体基板10を準備する。第1の誘電体基板10としては、車両の窓ガラス板を使用する。この窓ガラス板は、車両の開口部に嵌め込まれた状態であっても、嵌め込まれる前の状態であってもよい。窓ガラス板には予めパッチ導体12を設けておく。なお、図3に示された形式のアンテナ装置の場合には、島状導体32も設けておく。
Next, an example of a method for manufacturing the antenna device according to the present invention will be described. 7A to 7D are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the antenna device. In FIG. 7A, first, the first
次に、図7(b)において、スペーサである下部ケース16の窓ガラス板側の面に接着部22を形成する。接着部22は、例えば下部ケース16の上記面に接着剤を塗布することにより形成できる。なお、この接着部22は、窓ガラス板側に形成してもよい。
Next, in FIG.7 (b), the
次に、図7(c)において、上記接着部22を介して第1の誘電体基板10としての窓ガラス板の所定の箇所に下部ケース16を貼着する。
Next, in FIG. 7C, the
さらに、図7(d)において、第2の誘電体基板14を下部ケース16に固定した後、第1の誘電体基板10としての窓ガラス板と第2の誘電体基板14と下部ケース16とで囲まれた空隙に混合誘電性物質30を注入する。混合誘電性物質30は、下部ケース16または第2の誘電体基板14に適宜注入孔(図示せず)を形成しておき、ここから注入するのが好適である。注入された混合誘電性物質30は、加熱または架橋材の添加等により流動性を低下させてゲル状またはゴム状にしてもよい。
Further, in FIG. 7D, after fixing the second
また、第2の誘電体基板14には、下部ケース16に固定する前に、予め接地導体18、電磁結合用導体20または柱状導体36、伝送導体26及び同軸ケーブル28を設けておく。図7(d)に示された例では、電磁結合用導体20が設けられている。
Further, the grounding
この後、図示しない上蓋ケース24を下部ケース16に係止する。また、図7(a)において、第1の誘電体基板10として車両の開口部に嵌め込まれる前の窓ガラス板を用いた場合には、窓ガラス板を車両の開口部に嵌め込む。
Thereafter, the upper lid case 24 (not shown) is locked to the
図8(a)〜(c)には、上記図7(d)に示された混合誘電性物質30の注入工程に代わる形成方法の例が示される。図8(a)において、接地導体18及び電磁結合用導体20(または柱状導体36)が設けられた第2の誘電体基板14上に成形用の枠38を設ける。
FIGS. 8A to 8C show an example of a forming method instead of the step of injecting the mixed
次に、図8(b)において、枠38内に混合誘電性物質30を流入させる。その後、混合誘電性物質30を、加熱または架橋材の添加等により流動性を低下させてゲル状またはゴム状にする。
Next, in FIG. 8B, the mixed
さらに、図8(c)において、枠38を外し、第1の誘電体基板10に予め貼着しておいた下部ケース16に第2の誘電体基板14を固定する。
Further, in FIG. 8C, the
以上図7及び図8の各工程により、第1の誘電体基板10と第2の誘電体基板14との間に、混合誘電性物質30を隙間なく介在させることができる。
7 and 8, the mixed
本発明の実施例として、誘電性物質Aとしてのシリコーンゴムと誘電性物質Bとしての酸化チタンまたはアルミナの粒子を混合して混合誘電性物質30の比誘電率を調整する例を説明する。なお、本発明は、これらの実施例には限定されず、本発明の要旨を損なわない限り、各種の改良や変更も本発明に含まれる。
As an embodiment of the present invention, an example in which the relative dielectric constant of the mixed
本実施例では、以下に記載の誘電性物質Aと誘電性物質Bとを混合して混合誘電性物質を作製し、その比誘電率を測定した。
・誘電性物質A:ダウコーニングトーレシリコーン社製 SE1885 比誘電率2.7
・誘電性物質B1(酸化チタン):関東化学株式会社製 酸化チタン(IV)、ルチル型 粒径0.1〜0.3μm
・誘電性物質B2(アルミナ) :住友化学社製スミコランダム、粒径2μm
In this example, a dielectric material A and a dielectric material B described below were mixed to produce a mixed dielectric material, and the relative dielectric constant was measured.
-Dielectric material A: SE1858 manufactured by Dow Corning Torre Silicone Co., 2.7
Dielectric substance B1 (titanium oxide): manufactured by Kanto Chemical Co., Inc. Titanium oxide (IV), rutile type particle size 0.1 to 0.3 μm
Dielectric material B2 (alumina): Sumitomo Random, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.,
以上の誘電性物質Aと誘電性物質Bとを表2に示す割合で混合した。 The above dielectric material A and dielectric material B were mixed in the proportions shown in Table 2.
また、表2には、各混合誘電性物質の2.356GHzにおける比誘電率の測定結果も示される。なお、比誘電率の測定は、アジレントテクノロジー社製のHP85070A誘電体プローブを使用して行った。 Table 2 also shows the measurement results of the relative dielectric constant of each mixed dielectric substance at 2.356 GHz. The relative dielectric constant was measured using an HP85070A dielectric probe manufactured by Agilent Technologies.
図9は、表2に示された測定結果のうち、SE1885に酸化チタンを混合した混合誘電性物質の比誘電率であり、また、図10は、表2に示された測定結果のうち、SE1885にアルミナを混合した混合誘電性物質の比誘電率であって、それぞれ縦軸に比誘電率、横軸に酸化チタンまたはアルミナの濃度(重量パーセント)が示される。 FIG. 9 shows the relative dielectric constant of a mixed dielectric material obtained by mixing titanium oxide with SE1885 among the measurement results shown in Table 2, and FIG. 10 shows the measurement results shown in Table 2. The relative dielectric constant of a mixed dielectric material obtained by mixing SE1885 with alumina, where the vertical axis indicates the relative dielectric constant and the horizontal axis indicates the concentration (weight percent) of titanium oxide or alumina.
表2及び、図9、図10に示されるように、シリコーンに適量の酸化チタンまたはアルミナを混合することにより、混合誘電性物質の比誘電率を変化させることができる。特に、酸化チタンを使用した場合には、混合誘電性物質の比誘電率を3.0から11.4の範囲で変化させることができ、前述した表1に示すシミュレーションの結果を実現することが可能となる。 As shown in Table 2 and FIGS. 9 and 10, the relative dielectric constant of the mixed dielectric material can be changed by mixing an appropriate amount of titanium oxide or alumina with silicone. In particular, when titanium oxide is used, the relative dielectric constant of the mixed dielectric material can be changed in the range of 3.0 to 11.4, and the simulation results shown in Table 1 described above can be realized. It becomes possible.
10 第1の誘電体基板、12 パッチ導体、14 第2の誘電体基板、16 下部ケース、18 接地導体、20 電磁結合用導体、22 接着部、24 上蓋ケース、26 伝送導体、28 同軸ケーブル、30 混合誘電性物質、32 島状導体、34 アンテナ素子、36 柱状導体、38 枠。 10 First dielectric substrate, 12 Patch conductor, 14 Second dielectric substrate, 16 Lower case, 18 Ground conductor, 20 Electromagnetic coupling conductor, 22 Adhering portion, 24 Upper lid case, 26 Transmission conductor, 28 Coaxial cable, 30 mixed dielectric material, 32 island conductor, 34 antenna element, 36 columnar conductor, 38 frame.
Claims (14)
前記第1の誘電体基板の一方の面に設けられたパッチ導体と、
前記第1の誘電体基板の一方の面と、スペーサを介して所定間隔離隔されて対向配置された第2の誘電体基板と、
前記第2の誘電体基板の前記パッチ導体に対向した対向基板面に設けられた接地導体と、
を備え、
前記第1の誘電体基板と前記第2の誘電体基板との間に、少なくとも一時的に流動性を有する誘電性物質Aと前記誘電性物質Aとは異なる比誘電率を有する誘電性物質Bとを混合した混合誘電性物質が介在し、前記混合誘電性物質の比誘電率が前記接地導体の面積に応じて決定されることを特徴とするアンテナ装置。 A first dielectric substrate;
A patch conductor provided on one surface of the first dielectric substrate;
One surface of the first dielectric substrate, a second dielectric substrate disposed opposite to the first dielectric substrate with a predetermined spacing therebetween via a spacer;
A ground conductor provided on an opposing substrate surface facing the patch conductor of the second dielectric substrate;
With
Between the first dielectric substrate and the second dielectric substrate, a dielectric material A having fluidity at least temporarily and a dielectric material B having a relative dielectric constant different from that of the dielectric material A And a mixed dielectric material mixed therewith, and the relative dielectric constant of the mixed dielectric material is determined according to the area of the ground conductor.
前記電磁結合用導体と前記接地導体とは直流的に絶縁されており、
前記電磁結合用導体とパッチ導体とが電磁結合されていることを特徴とするアンテナ装置。 8. The antenna device according to claim 1, wherein the electromagnetic coupling conductor extends from a counter substrate surface of the second dielectric substrate toward the first dielectric substrate. 9. Is provided,
The electromagnetic coupling conductor and the ground conductor are galvanically insulated,
An antenna device, wherein the electromagnetic coupling conductor and the patch conductor are electromagnetically coupled.
前記柱状導体と前記接地導体とは直流的に絶縁されていることを特徴とするアンテナ装置。 8. The antenna device according to claim 1, wherein the first dielectric substrate protrudes from the counter substrate surface of the second dielectric substrate toward the first dielectric substrate. Is provided with a columnar conductor electrically connected as a signal line to the patch conductor provided in
The antenna device according to claim 1, wherein the columnar conductor and the ground conductor are galvanically insulated.
(1)車両の開口部に嵌め込まれ、かつ、前記パッチ導体が設けられた、前記第1の誘電体基板である窓ガラス板を準備するか、
又は、車両の開口部に嵌め込まれる前であり、かつ、前記パッチ導体が設けられた、前記第1の誘電体基板である窓ガラス板を準備する。
(2)窓ガラス板に接着部を形成するか、又は、前記スペーサの窓ガラス板側の面に接着部を形成する。
(3)接着部を介して窓ガラス板の所定の箇所にスペーサを貼着する。
(4)第2の誘電体基板を前記スペーサに固定した後、前記窓ガラス板と第2の誘電体基板と前記スペーサとで囲まれた空隙に前記混合誘電性物質を注入する。
(5)上記工程(1)において、車両の開口部に嵌め込まれる前の窓ガラス板を用いる場合には、窓ガラス板を車両の開口部に嵌め込む。 The method for manufacturing an antenna device according to any one of claims 1 to 8, comprising the following steps (1) to (5).
(1) Prepare a window glass plate that is the first dielectric substrate that is fitted in the opening of the vehicle and provided with the patch conductor;
Alternatively, a window glass plate, which is the first dielectric substrate, is prepared before being fitted into the opening of the vehicle and provided with the patch conductor.
(2) An adhesion part is formed in a window glass plate, or an adhesion part is formed in the window glass plate side surface of the said spacer.
(3) A spacer is attached to a predetermined portion of the window glass plate through the bonding portion.
(4) After the second dielectric substrate is fixed to the spacer, the mixed dielectric material is injected into a gap surrounded by the window glass plate, the second dielectric substrate, and the spacer.
(5) In the above step (1), when the window glass plate before being fitted into the opening of the vehicle is used, the window glass plate is fitted into the opening of the vehicle.
14. The method of manufacturing an antenna device according to claim 12 or 13, wherein the electromagnetic coupling conductor is provided on the second dielectric substrate in the step (4) or a step provided in place of the step (4). Or the columnar conductor is attached, The manufacturing method of the antenna device characterized by the above-mentioned.
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